Mientras trabajamos con baterías y celdas en la vida real, experimentamos dos diferencias de potencial diferentes entre los terminales de la batería. Estas diferencias de potencial se deben a la naturaleza no ideal de la batería que aumenta la resistencia dentro de la batería. El potenciómetro se utiliza para medir tales diferencias. Estos diferentes valores se denominan fem y la diferencia de potencial de una celda. Para entender por qué ocurre este fenómeno, debemos fijarnos en la resistencia que ofrece el circuito y la batería. Veamos estos conceptos en detalle.
Fuerza electromotriz (EMF) de una celda
La energía entregada a la unidad de carga por una celda se conoce como fuerza electromotriz EMF. Las baterías están disponibles en una variedad de formas y tamaños. Hay numerosos tipos distintos de generadores que funcionan con varias fuentes. Todos estos dispositivos, independientemente de cuáles sean sus fuentes de energía, crean diferencias de potencial entre sus terminales y pueden suministrar corriente si se les conecta una resistencia. Se sabe que la diferencia de potencial crea un campo eléctrico que hace que las cargas se muevan y que a su vez genera corriente. Por lo tanto, esta diferencia de potencial a veces también se denomina fuerza electromotriz (fem).
Al contrario de su nombre, fem no es una fuerza en absoluto. Es una diferencia de potencial. Si se expresa en términos precisos,
EMF es una diferencia de potencial que se crea cuando no fluye corriente en el sistema.
Su unidad se considera todos los Voltios (V). Aunque EMF está directamente relacionado con la diferencia de potencial producida por la fuente de voltaje, aún difiere de la diferencia de potencial real que se refleja en los terminales de la batería. El voltaje terminal alrededor de la batería suele ser menor que la fem de la batería.
Diferencia de potencial de una celda
La salida de voltaje de una batería se mide a través de sus terminales y es por eso que se denomina voltaje terminal. En la siguiente figura se muestra una batería y su resistencia interna. La batería está conectada a otra resistencia externa en serie que se denota por R carga . El voltaje neto desarrollado a través de los terminales de la batería está dado por la ecuación escrita a continuación,
V = fem – Ir
Aquí, «I» es la corriente que fluye en el circuito y «r» es la resistencia interna.
«I» se considera positivo si la dirección de su flujo es del terminal negativo al positivo de la batería. La ecuación muestra que cuanto mayor es la corriente, menor es el voltaje terminal de la batería. También se puede concluir que cuanto menor es la resistencia interna, mayor es el voltaje terminal. Cuando se tiene en cuenta la resistencia de carga, el cálculo actual se vuelve un poco diferente.
La resistencia equivalente del circuito se convierte en,
R = r + R carga
La corriente viene dada por la ley de Ohm,
Diferencia entre EMF y diferencia de potencial
|
Fuerza electromotriz (FEM) |
Diferencia de potencial |
| La diferencia en el potencial de dos electrodos de una batería. | Diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera del circuito. |
| EMF siempre es mayor que la diferencia de potencial entre cualquier punto del circuito. | Esto siempre es menor que el EMF |
| Fórmula: E = I(R + r) | Fórmula: V = IR |
| Esto es causado por los campos eléctricos, gravitacionales y magnéticos. | Esta diferencia sólo la produce el campo eléctrico. |
| La fuerza electromotriz es la cantidad de energía dada a cada culombio de carga. | La diferencia de potencial es la cantidad de energía utilizada por un culombio de carga. |
| La fuerza electromotriz es independiente de la resistencia interna del circuito. | La diferencia de potencial es proporcional a la resistencia del circuito. |
| La fuerza electromotriz es responsable de transferir energía a través del circuito. | La diferencia de potencial entre dos lugares cualesquiera del circuito es una medida de energía. |
| Cuando el circuito no cambia, la magnitud de la fuerza electromotriz siempre es mayor que la diferencia de potencial. | Cuando el circuito está completamente cargado, el tamaño de la diferencia de potencial es igual a la fem del circuito. |
| La fuerza electromotriz se mide con un medidor de fem. | La diferencia de potencial se mide con un voltímetro. |
Problemas de muestra
Problema 1: Hallar la corriente que circulará por el interior de la batería de 2 Voltios y resistencias internas de 0,02 ohmios en caso de que sus terminales estén conectados entre sí.
Solución:
La corriente en ese caso vendrá dada por la simple aplicación de la ley de ohm.
V = 2V
r = 0,02 ohmios.
V = IR
Reemplazando los valores en la ecuación,
Yo = V/R
= 2/0,02
= 100A
Problema 2: Encuentre la corriente que fluirá dentro de la batería de 10 Voltios y resistencias internas de 5 ohmios en caso de que sus terminales estén conectadas entre sí.
Solución:
La corriente en ese caso vendrá dada por la simple aplicación de la ley de ohm.
V = 10 V
R = 5 ohmios.
V = IR
Reemplazando los valores en la ecuación,
Yo = V/R
yo = 10/5
= 2A
Problema 3: Encuentre la corriente que fluirá dentro de la batería de 10 Voltios y resistencias internas de 10 ohmios en caso de que sus terminales estén conectadas entre sí. Encuentre el voltaje terminal de la batería.
Solución:
La corriente en ese caso vendrá dada por la simple aplicación de la ley de ohm.
V = 10 V
R= 10 ohmios.
V = IR
Reemplazando los valores en la ecuación,
Yo = V/R
yo = 10/10
= 1 A
El voltaje terminal de la batería está dado por,
V = fem – Ir
Dado, fem = 10 V, I = 1A y r = 10
V = fem – Ir
= 10 – (1)(10)
= 0 V
Problema 4: Encuentre la corriente que fluirá dentro de la batería de 10 Voltios y resistencias internas de 5 ohmios y resistencia de carga de 5 ohmios en serie. Encuentre el voltaje terminal de la batería.
Solución:
La corriente en ese caso vendrá dada por la simple aplicación de la ley de ohm.
yo =
fem = 10 V
R carga = 5 ohmios.
r = 5
Reemplazando los valores en la ecuación,
yo =
yo = 10 / (5 + 5)
= 1 A
El voltaje terminal de la batería está dado por,
V = fem – Ir
Dada, fem = 10 V, I = 1 A y r = 5
V = fem – Ir
= 10 – (1)(5)
= 10 – 5
= 5 voltios
Problema 5: Encuentre la corriente que fluirá dentro de la batería de 10 Voltios y resistencias internas de 2 ohmios y resistencia de carga de 3 ohmios en serie. Encuentre el voltaje terminal de la batería.
Solución:
La corriente en ese caso vendrá dada por la simple aplicación de la ley de ohm.
yo =
fem = 10 V
R carga = 3 ohmios.
r = 2
sustituyendo los valores en la ecuación,
yo =
⇒ yo =
⇒ yo = 2 A
El voltaje terminal de la batería está dado por,
V = fem – Ir
Dada, fem = 10 V, I = 2 A y r = 2
V = fem – Ir
= 10 – (2)(2)
= 10 – 6
= 4V
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA